No presente trabalho foram obtidos novos dados de equilíbrio para os SAB L64+NaSCN+H2O, L64+KSCN+H2O, L64+NH4SCN+H2O,
F68+NaSCN+H2O, F68+KSCN+H2O, F68+NH4SCN+H2O e PEO1500+
KSCN+H2O na temperatura de 25,0ºC e em diferentes valores de CLA.
Observou-se que tanto o cátion formador do sistema quanto a macromolécula apresentaram acentuada influência na formação da região bifásica.
O cátion apresentou a seguinte preferência para separação de fases: K+ > Na+ >NH
4+. Este comportamento está associado à interação do cátion
com a macromolécula.
A hidrofobicidade da macromolécula resultou em uma maior região bifásica na ordem L64 > F68 > PEO1500. Verificou-se que quanto maior a hidrofobicidade da macromolécula mais favorável é o processo de separação de fases em concentrações menores de componentes.
Para todos os SAB estudados o aumento do valor do CLA promoveu um aumento tanto no índice de refração quanto na densidade, uma vez que, essas propriedades dependem da concentração total dos componentes nas fases (concentração de sal, macromolécula e água).
Os resultados aqui apresentados ampliam o número de dados da literatura para diagramas de fases formados por macromolécula + sal + água, além de demonstrar a possibilidade da obtenção de SAB constituídos por sais tipicamente usados na complexação de metais, como tiocianatos. Estes novos SAB contribuirão para melhor compreensão da partição de solutos em SAB, bem como no aumento das aplicações do SAB para extração e/ou purificação.
48
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CAPÍTULO 3
RECUPERAÇÃO DE OURO DE LIXO ELETRÔNICO UTILIZANDO SISTEMA AQUOSO BIFÁSICO SEM AUXÍLIO DE EXTRATANTE
Highlights
➢ Um método verde para recuperação de ouro foi desenvolvido. ➢ A extração de ouro não necessitou do auxílio de extratante.
➢ O método permitiu uma excelente recuperação de ouro de lixo eletrônico. ➢ Ouro e cobre foram recuperados com alto teor de pureza.
RESUMO
O ouro é um metal precioso amplamente utilizado na fabricação de joias, ornamentação, medicina e, mais recentemente, na indústria de equipamentos eletrônicos. Assim, a separação e a recuperação de ouro com alta pureza a partir de fontes secundárias, como peças de computadores, tem sido de grande interesse nos últimos anos, principalmente por causa da diminuição da disponibilidade de ouro oriundo de fontes naturais. O presente trabalho propõe a separação e a purificação de ouro a partir de processador de computador. Primeiramente fez-se a dissolução ácida da amostra e em seguida empregou-se um sistema aquoso bifásico (SAB) para promover a separação e purificação do ouro presente na amostra de processador. Foram investigados oito SAB a fim de obter a melhor condição para recuperação do metal na ausência de qualquer extratante. O SAB L64+Li2SO4+H2O foi o
sistema mais eficiente para extrair/separar ouro. O processo de separação/purificação foi realizado em quatro etapas, sendo possível recuperar 0,269 g de ouro por 1,00 kg de processador com pureza de 93,0 %. Além disso, recuperou-se diferentes alíquotas de cobre (um total de 233 g de Cu por 1,00 kg de processador) com diferentes purezas. Este novo processo de separação / purificação segue os princípios da química verde, sendo viável ambiental e economicamente.
Palavras-chave: sistema aquoso bifásico, copolímero tribloco, recuperação
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3.1. INTRODUÇÃO
O ouro é um metal precioso amplamente utilizado em várias indústrias e pelos indivíduos na forma de ornamentos e em trocas comerciais [1–4]. É um metal extraordinário, pois possui propriedades físicas e químicas únicas. Ele é dúctil, maleável e resistente à oxidação (caso ocorra sua oxidação pode- se apresentar na forma de cátion univalente ou trivalente) [5,6]. Além dessas importantes propriedades, sua alta condutividade e baixa resistência elétrica fazem com que o ouro seja muito demandado pela indústria de alta tecnologia nas últimas décadas, principalmente pela indústria eletrônica [7–10].
Cerca de 65,4 milhões de toneladas de lixo eletrônico foram geradas em 2017 em todo o mundo [10]. Na Europa, o lixo eletrônico possui uma taxa de aumento entre 16 a 28 % a cada cinco anos, o que é três vezes mais rápido que a taxa média de resíduos urbanos. A China foi um dos maiores geradores de lixo eletrônico em 2017, com mais de cinco milhões de TVs, quatro milhões de refrigeradores, cinco milhões de computadores e dez milhões de telefones celulares [11].
A quantidade de metais preciosos presentes no lixo eletrônico é dezena de vezes maior que o contido nos próprios minérios. Minérios de ouro depois de tratados, por exemplo, levam à produção de cerca de 0,5 a 13,5 g de ouro por tonelada de minério [12]. Já o lixo eletrônico tem um teor de ouro significativamente mais alto, em torno de 10 a 10.000 g de ouro por tonelada, tornando-se uma fonte secundária importante desse metal [13].
Existem várias fontes secundárias de ouro destacando-se os descartes de joalheria, sucatas de celulares, impressoras, televisores e computadores, sendo esses três últimos de grande preocupação para a sociedade [14,15], uma vez que uma enorme quantidade dessas sucatas é gerada devido à atualização frequente desses dispositivos. Por isso, esses dispositivos podem ser considerados importantes fontes de metais de alto interesse econômico (ouro, cobre, prata, paládio, ferro, níquel, zinco, índio e terras raras) bem como, uma fonte de metais perigosos (chumbo, cádmio, arsênio, cromo, antimônio e mercúrio) se descartados incorretamente no meio ambiente [16– 19].
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eletrônicos mais descartados. Eles contêm inúmeros metais cujo teor varia dependendo do componente. A placa de circuito impresso (PCB) e o processador, considerado para fins comerciais uma das peças mais valiosas do lixo eletrônico, são ricos em metais preciosos (ouro, prata, platina e paládio) ou metais de interesse industrial como cobre, níquel, zinco, ferro, cobalto, estanho e neodímio [18].
A Figura 3.1 mostra uma placa mãe de computador com destaque para o processador, sendo as concentrações encontradas dos diferentes metais em processadores aquelas descrita na Tabela 3.1 [20].
Figura 3.1. Placa mãe de computador e o processador. Retirado de Razi, 2016 [20].
O alto número de vendas de equipamentos elétricos e eletrônicos (EEE), juntamente com a redução das reservas naturais dos metais utilizados em sua composição torna a reciclagem desses dispositivos econômica e ambientalmente atraente [21,22]. Assim, fontes secundárias de ouro são consideradas fontes estratégicas, evitando a degradação do meio ambiente e agregando valor ao lixo eletrônico.
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Tabela 3.1. Concentração dos metais contidos em processadores segundo Razi, 2016 [20].
Elemento Concentração / g.kg-1 Ag 0,055 Au 0,015-0,517 Pd 0,075 Cu 123-500 Fe 7,36 Ni 0,65
Existem dois processos principais para recuperação de ouro a partir de fontes secundárias sendo eles: i) processo pirometalúrgico que consiste na trituração da sucata contendo ouro, seguida da queima à alta temperatura (alto-forno). Neste processo as impurezas são volatilizadas ou convertidas em escória menos densa que o ouro fundido. Assim, as impurezas são separadas do ouro [23,24]; e ii) processo hidrometalúrgico que consiste em três etapas. Primeiro é realizada a lixiviação [21,24,25] do material contendo o ouro. Caso a lixiviação seja realizada por material biológico, o processo é denominado bio-hidrometarlúrgico [26–28]. Posteriormente, o ouro presente no lixiviado é separado dos demais constituintes através de métodos como extração líquido- líquido [29,30], adsorção [31,32] ou troca iônica [33,34]. Finalmente, a solução contendo o ouro, previamente extraído, passa por uma etapa de eletrodeposição, cementação ou cristalização para obtenção de ouro na forma metálica [6,35-37]. As etapas de lixiviação e separação têm sido destaque de várias investigações a fim de melhorar sua eficiência, ou mesmo sua segurança.
Choudhary et al. [38] recuperaram ouro contido em placas de circuito impresso (PCB) utilizando biossorventes. A PCB foi aberta inicialmente com HNO3 50 % (v/v) para remoção dos metais concomitantes. O ouro foi lixiviado
na sequência com o uso de água régia. Em condições apropriadas, foi realizada a biossorção de ouro utilizando folhas da planta Lagerstroemia speciosa funcionalizada com o polímero polietilenimina (PEI). Os autores recuperaram 96,9 % de ouro. No entanto, o método proposto apresenta algumas desvantagens como rápida diminuição da capacidade de adsorção (o biossorvente é reutilizável por até 4 ciclos) levando à baixa pureza do ouro (69,4 %).
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Sheel e Pant [39] também recuperaram ouro de PCB utilizando biossorventes. O processo de lixiviação foi realizado com tiossulfato em meio básico. Em condições apropriadas, foi realizada a biossorção de ouro utilizando a bactéria Lactobacillus acidophilus. O trabalho apresentou a recuperação de 85 % de ouro. No entanto, o método proposto apresenta desvantagem em relação ao tempo, pois é necessário um tempo de 30 dias para crescimento da cepa bacteriana.
Kim et al. [40] recuperaram ouro contido em sucata de celulares utilizando a lixiviação eletroquímica através de um compartimento anódico gerador de gás cloro. Na primeira etapa de lixiviação, o cobre foi dissolvido (97 %) juntamente com parte do ouro (5 %). Na segunda etapa o ouro foi lixiviado (93 %) e, em condições adequadas, a resina amberlite XAD-7HP foi aplicada para separação do ouro. Foi obtida uma recuperação de 67 % de ouro, o que é um valor relativamente baixo tendo em vista o tempo de uso e o custo da resina.
Jung et al. [41] desenvolveram um processo para recuperar ouro a partir de sucata, utilizando água régia para a lixiviação. O ferro foi inicialmente removido do lixiviado utilizando NaOH arrastando por coprecipitação 2,5 % de ouro. Após a remoção do ferro por precipitação, o solvente dibutil-carbitol (DBC) foi misturado com lixiviado extraindo o ouro para fase orgânica. Os autores recuperaram 90 % de ouro.
Park e Fray [18] recuperaram ouro contido em PCB usando água régia para a lixiviação. O brometo de tetrabutilamônio foi utilizado como extratante e adicionado na fase orgânica (tolueno). Em condições previamente avaliadas 97 % do ouro foi recuperado na fase orgânica.
Embora alguns dos processos relatados acima recuperem ouro com alta pureza, eles utilizam na etapa de separação de ouro, biossorvente ou resina, que de modo geral, apresentam algumas desvantagens como rápida diminuição da capacidade de adsorção e maior custo. E outros processos fazem uso de solvente orgânico o qual deve ser evitado, segundo os princípios da química verde [42], devido a sua toxicidade e inflamabilidade. Neste sentido, uma alternativa ambientalmente segura, economicamente atraente e eficiente para a separação de ouro é o uso de sistema aquoso bifásico (SAB) para promover a separação de ouro. Este sistema é composto
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majoritariamente por água e seus demais constituintes são atóxicos e não inflamáveis. Os componentes podem ser reciclados e são de baixo custo em relação à outras metodologias.
O SAB tem sido aplicado com sucesso para separação e recuperação de diferentes metais [43–58]. Normalmente, o SAB é formado pela mistura de uma solução de macromolécula (polímero ou copolímero) com uma solução de eletrólito sob certas condições termodinâmicas de temperatura, pressão e composição [59–61], sendo uma das fases rica em macromolécula (FRM) e a outra rica em eletrólito (FRE).
Na literatura é encontrado um trabalho que relata a partição de ouro em SAB formado por polímero e sal [62]. Neste trabalho o SAB constituído por poli(óxido de etileno) ― PEO, (NH4)2SO4 e água foi utilizado na presença de
cloreto, como extratante, para extrair ouro de uma solução aquosa de sal de ouro cuja concentração era conhecida. O ouro foi 98 % extraído para a FRM em pH < 3,0 e na concentração de cloreto > 0,08 mol L-1. Na ausência de
cloreto (extratante) o ouro não era extraído . Este trabalho mostrou que o SAB é eficiente para extrair ouro, porém não foi investigada a extração do metal a partir de amostras mais complexas como as oriundas de lixo eletrônico.
Uma alternativa ainda mais limpa e viável economicamente para a recuperação de ouro é o uso do sistema aquoso bifásico sem o auxílio de um extratante. Isto porque alguns extratantes podem ser nocivos ao homem e ao meio ambiente, além de possuírem alto custo. Portanto, o objetivo deste trabalho foi investigar as condições experimentais adequadas e propor um método para recuperar altas quantidades de ouro, com pureza elevada, usando SAB, sem a presença de qualquer extratante, a partir de processador de computadores descartados. Para isto foi investigada a natureza dos constituintes do SAB (tipo de macromolécula e de sal). Os SAB investigados foram: L64 + NaSCN+ H2O, L64 + Li2SO4 + H2O, L64 + Na2SO4 + H2O, L64 +
Na3C6H5O7 + H2O, L35 + Li2SO4 + H2O, L35 + Na2SO4 + H2O, L35 + Na3C6H5O7
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3.2. PARTE EXPERIMENTAL